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为什么大部分硬件工程师没有用好LDO?

首先,我们拿出来TI出品的TLV查看117数据规格书中线性稳压器输出的设计要求。

可见对TLV11117,输出电容有明确要求使用钽电容铝电解电容,并特别说明ESR需要在0.2Ω到10Ω之间。

相信很多硬件工程师都是因为目前的硬件工程师MLCC电容器很受欢迎,0直接放在输出电容器部分.1-10uF陶瓷电容器,还有多个。一些公司特别要求禁止选择钽电容器,即使使用也需要减少设计,华为规定钽电容器的选择是电压余量的3倍。

不要害怕,让我们分析一下:

首先,数据手册中经常推荐使用钽电容的原因是早年LDO在芯片设计中,芯片设计工程师在模拟电源环路时需要补偿环路输出的相位,这需要在输出端连接到一定的电阻(感兴趣的学生可以自己使用谷歌),因此工程师使用钽电容器本身ESR确保电源环路的稳定性。假如你还在用老的LDO产品设计,又不想用钽电容,那就是MLCC串个电阻。

其实现在有很多LDO设计不再要求输出电容器必须使用钽电容器,原因也很简单,早期LDO由于钽电容器被广泛使用,工程师在设计芯片时会考虑钽电容器,但现在我们被广泛使用MLCC,因此,芯片设计师考虑环路设计MLCC,陶瓷电容器的使用不会导致环路不稳定。

但需要注意的是,并非所有陶瓷电容器都能上升,输入输出电容器必须满足预期工作温度和工作电压下的最小电容器要求。陶瓷电容器可由各种介质制成,具有不同的温度和电压特性。对于5V电压额定值为6.3V至10V的X5R或X7R电介质。Y5V和Z5U电介质温度和直流偏置特性差,不适合LDO一起使用。

第二个问题,为什么我们老了?LDO陶瓷电容器的设计没有故障?大多数原因是你的设计是正确的LDO输出稳定性要求不高,我们可以看看LDO一组测试:

我们使用相同容量的陶瓷电容器和钽电容器LDO即使做了测试,也能看到TI的TLV1117,它的输出波动也有两百多毫伏了。而山寨的ANS117甚至达到了500毫伏电压的最低点.8V这很可能导致电路不稳定。

因此,在电源电路的设计中,电容的选择尤为重要。接下来,我们可以看到不同电容技术的特点。

电容器具有各种尺寸、额定电压等特性,可满足不同应用的具体要求。常用的电介质材料包括油、纸、玻璃、空气、云母、聚合物薄膜和金属氧化物。每种电介质都具有特定的特性,决定了它是否适合特定的应用。

在电压调节器中,多层陶瓷电容器、固态钽电解电容器和铝电解电容器通常用作电压输入输出旁路电容器。

多层陶瓷电容器(MLCC)不仅尺寸小,而且会低ESR、低ESL结合宽工作温度范围的特点,可以说是旁路电容的首选。然而,这种电容并不完美。电容值随温度、直流偏置和交流信号电压的动态变化而变化。另外,电介质材料的压电特性可将振动或机械冲击转换为交流噪声电压。在大多数情况下,这种噪声通常是微伏计,但在极端情况下,机械力会产生毫伏噪声。

电压控制振荡器(VCO)、相环(PLL)、RF功率放大器(PA)其它模拟电路对供电轨上的噪声非常敏感。在VCO和PLL这种噪声表现为相位噪声;在RF PA在超声,CT在扫描和处理低电平模拟信号的其他应用程序中,伪像。陶瓷电容虽然存在上述缺陷,但由于尺寸小、成本低,几乎每个电子设备都会使用。然而,当调节器用于对噪声敏感的应用时,设计师必须仔细评估这些副作用。

固态钽电容器相比,固态钽电容器对温度、偏置和振动的敏感性较低。新型固态钽电容采用导电聚合物电解质,而非常常见的二氧化锰电解质提高了其浪涌电流能力,不需要电流限制电阻。该技术的另一个优点是,该技术的另一个优点是ESR更低。与温度和偏置电压相比,固态钽电容的电容值可以保持稳定,因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压和最大降压ESR。

导电聚合物钽电容器低ESR特点、成本高于陶瓷电容器,体积略大,但可能是不能承受压电效应噪声的应用的唯一选择。然而,钽电容器的漏电流远远大于等值陶瓷电容器,因此不适合一些低电流应用。

固态聚合物电解质技术的缺点是,这种钽电容器对无铅焊接过程中的高温更敏感,因此制造商通常规定电容器在焊接过程中不得超过三个焊接周期。如果在装配过程中忽略了这一要求,可能会导致长期稳定性问题。

传统的铝电解电容往往体积大,ESR和ESL漏电流相对较高,使用寿命有限(数千小时)。而OS-CON电容则采用有机半导体电解质和铝箔阴极,以实现较低的ESR。虽然这种电容器与固态聚合物钽电容器有关,但实际上比钽电容器早10年或更久。由于液体电解质没有逐渐变干的问题,OS-CON型电容的使用寿命比传统铝电解电容长。大多数电容器的工作温度上限为105°C,但现在OS-CON最高125°C在温度范围内工作。

虽然OS-CON型电容器的性能优于传统的铝电解电容器,但与陶瓷电容器或固体聚合物钽电容器相比,它通常更大ESR更高。与固体聚合物钽电容器一样,这种电容器不受压电效应的影响,因此适用于低噪声应用。

对比如下:

希望以上内容能对每一位工程师有所帮助LDO设计有助于您更好地了解和热爱半导体产业的发展。

标签: 输出600伏要多大的电容

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